• پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی
• بوتانول:

n-بوتانول (به انگلیسی: n-Butanol) یک ترکیب شیمیایی با شناسه پاب‌کم ۲۶۳ است. شکل ظاهری این ترکیب، مایع بی‌رنگ است.

n-Butanol
نام‌گذاری اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردیButan-1-ol[۱]
دیگر نام‌هاButalcohol Butanol 1-Butanol Butyl alcohol Butyl hydrate Butylic alcohol Butyralcohol Butyric alcohol Butyryl alcohol Hydroxybutane Propylcarbinol
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	71-36-3
پاب‌کم	263
کم‌اسپایدر	258
UNII	8PJ61P6TS3
شمارهٔ ئی‌سی	200-751-6
شمارهٔ یواِن	1120
دراگ‌بانک	DB02145
KEGG	D03200
MeSH	1-Butanol
ChEBI	CHEBI:28885
ChEMBL	CHEMBL14245
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس	EO1400000
مرجع بیلشتین	969148
مرجع جی‌ملین	25753
3DMet	B00907
جی‌مول-تصاویر سه بعدی	Image 1
SMILES CCCCO
InChI InChI=1S/C4H10O/c1-2-3-4-5/h5H,2-4H2,1H3  Key: LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N InChI=1/C4H10O/c1-2-3-4-5/h5H,2-4H2,1H3
خصوصیات
فرمول مولکولی	C4H10O
جرم مولی	۷۴٫۱۲ g mol−1
شکل ظاهری	Colourless liquid
چگالی	0.81 g cm-3
دمای ذوب	−۹۰ درجه سلسیوس (−۱۳۰ درجه فارنهایت؛ ۱۸۳ کلوین)
دمای جوش	‎118 °C, 391 K, 244 °F
انحلال‌پذیری در آب	63.2 g L-1
log P	0.839
ضریب شکست (nD)	1.399 (20 °C)
گرانروی	3 cP
گشتاور دوقطبی	1.66 D
ترموشیمی
آنتروپی مولار استاندارد So298	225.7 J K−1 mol−1
آنتالپی استاندارد تشکیل ΔfHo298	−328(4) kJ mol-1
Std enthalpy of combustion ΔcHo298	−2670(20) kJ mol-1
خطرات
MSDS	ICSC 0111
شاخص ئی‌یو	603-004-00-6
طبقه‌بندی ئی‌یو	Xn
کدهای ایمنی	R۱۰, R۲۲, R37/38, R۴۱, R67
شماره‌های نگهداری	S۲, S7/9, S۱۳, S26, S37/39, S۴۶
نقطه اشتعال	35 °C
دمای خودآتشگیری	343 °C
محدودیت‌های انفجار	1.4–11.2%
ترکیبات مرتبط
ترکیبات مرتبط	بوتانتیول ان-بوتیل‌آمین پنتان
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)

فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی

سرب:

این مقاله دربارهٔ فلز سرب است. برای فیلم، سرب (فیلم) را ببینید.

سرب از عنصرهای شیمیایی واسطه در جدول تناوبی با نماد شیمیایی Pb (به لاتین: Plumbum) است. سرب همچنین در رده فلزها قرار دارد. این فلز تشعشعات هسته‌ای را عبور نمی‌دهد به عنوان نمونه لایه ۹ میلی متری از سرب توان پرتو گاما را نصف میکند و برای جلوگیری از عبور این پرتو دیواره سربی با ضخامت ۱۰ سانتی متر کافی است . سرب در طبیعت به شکل کانی به نام گالن (سیستم تبلور کوبیک یا مکعبی) یافت می‌گردد.

ویژگی‌های کلی
تلفظ	‎/ˈlɛd/‎ ​(LED)
ظاهر	Metallic gray
جرم اتمی نسبی (Ar، استاندارد)	۲۰۷٫۲(۱)[۱]
سرب در جدول تناوبی
Sn ↑ Pb ↓ Fl تالیم ← سرب → بیسموت
عدد اتمی (Z)	82
گروه	گروه ۱۴ (گروه کربن)
دوره	دوره 6
بلوک	بلوک-p
آرایش الکترونی	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2
لایه الکترونی	2, 8, 18, 32, 18, 4
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STP	جامد
نقطه ذوب	600.61K (327.46 °C, ​621.43 °F)
نقطه جوش	2022 K ​(1749 °C, ​3180 °F)
چگالی (near r.t.)	11.34 g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)	10.66 g/cm3
حرارت همجوشی	4.77 kJ/mol
آنتالپی تبخیر	179.5 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی	26.650 J/(mol·K)
فشار بخار فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K در دمای (K) 978 1088 1229 1412 1660 2027
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش	−4, −2, −1, +1, +2, +3, +4 (an amphoteric اکسید)
الکترونگاتیوی	مقیاس پائولینگ: 2.33
انرژی یونش	1st: 715.6 kJ/mol 2nd: 1450.5 kJ/mol 3rd: 3081.5 kJ/mol
شعاع اتمی	empirical: 175 pm
شعاع کووالانسی	pm 146±5
شعاع واندروالسی	202 pm
خط طیف نوری سرب
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری	​(fcc)
انبساط حرارتی	28.9 µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی	35.3 W/(m·K)
رسانش الکتریکی	208 n Ω·m (at 20 °C)
رسانش مغناطیسی	diamagnetic
مدول یانگ	16 GPa
مدول برشی	5.6 GPa
مدول حجمی	46 GPa
نسبت پواسون	0.44
سختی موس	1.5
سختی برینل	38.3 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس	7439-92-1
ایزوتوپ‌های سرب
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول 204Pb 1.4% >1.4×1017 Alpha 2.186 200Hg 205Pb sy 1.53×107 Epsilon 0.051 205Tl 206Pb 24.1% 206Pb ایزوتوپ پایدار است که 124 نوترون دارد 207Pb 22.1% 207Pb ایزوتوپ پایدار است که 125 نوترون دارد 208Pb 52.4% 208Pb ایزوتوپ پایدار است که 126 نوترون دارد 210Pb trace 22.3 Alpha 3.792 206Hg Beta 0.064 210Bi
نمایشبحثویرایش | منابع

سرب

سرب عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نشان Pb و عدد اتمی ۸۲ وجود دارد. سرب عنصری سنگین، سمی و چکش خوار است که دارای رنگ خاکستری کدری می‌باشد. هنگامیکه تازه تراشیده شده سفید مایل به آبی است اما در معرض هوا به رنگ خاکستری تیره تبدیل می‌شود. از سرب در سازه‌های ساختمانی، خازنهای اسید سرب، ساچمه و گلوله استفاده شده و نیز بخشی از آلیاژهای لحیم، پیوتر و آلیاژهای گدازپذیر می‌باشد. سرب سنگین‌ترین عنصر پایدار است.

سرب فلزی است براق، انعطاف‌پذیر، بسیار نرم، شدیداً چکش خوار و به رنگ سفید مایل به آبی که از خاصیت رسانای الکتریکی پایینی برخوردار می‌باشد. این فلز حقیقی به شدت در برابر پوسیدگی مقاومت می‌کند و به همین علت از آن برای نگهداری مایعات فرسایشگر (مثل اسید سولفوریک) استفاده می‌شود. با افزودن مقادیر خیلی کمی آنتیموان یا فلزات دیگر به سرب می‌توان آن را سخت نمود. ^{[نیازمند منبع]}

کاربردها

کاربردهای اولیه سرب عبارت بودند از:سازه‌های ساختمانی، رنگدانه‌های مورد استفاده در لعاب سرامیک و لوله‌های انتقال آب. کاخ‌ها و کلیساهای بزرگ اروپا دروسایل تزئینی، سقفها، لوله‌ها و پنجره‌ها یشان دارای مقادیر قابل توجهی سرب هستند. این فلز (در حالت عنصری) پس از آهن، آلومینیم، مس و روی بیشترین کاربرد را دارد. موارد استفاده معمولی سرب به شرح زیر است: در باتری‌های اسید سرب، در اجزای الکترونیکی، روکش کابل، مهمات، در شیشه CTRها، سرامیک، شیشه‌های سربدار، لوله‌های سربی (استفاده از اتصالات سربی در لوله‌های آب آشامیدنی در دهه ۹۰ در آمریکا غیرقانونی شد و امروزه کاربرد آنچنانی ندارند) در رنگ‌ها (از سال ۱۹۷۸ در آمریکا و به تدریج از دهه ۶۰ تا دهه ۸۰ در انگلستان ممنوع شد اگرچه رنگ سطوح قدیمی می‌توانست تا ۵۰٪ وزن از سرب باشد) آلیاژها، پیوتر، اتصالات و مواد پرکننده . همچنین در بام‌ها به‌عنوان درزگیر برای محافظت اتصالات در برابر باران مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بنزین به‌صورت تترا اتیل و تترا متیل سرب برای کاهش صدای موتور کاربرد داشت. البته فروش بنزین سربدار در آمریکا از سال ۱۹۸۶ و در اتحادیه اروپا از سال ۱۹۹۹ ممنوع شد.

نشان Pb برای سرب خلاصه نام لاتین آن plumbum است. سرب یک ابررسانا با دمای بحرانی K=۲۰/۷ c T (۹۵/۲۶۵ – درجه سانتیگراد) می‌باشد.

به علت فراوانی سرب (هنوز هم اینگونه‌است)، تهیه آسان، کار کردن آسان با آن، انعطاف‌پذیری و چکش خواری بالا و پالایش راحت، حداقل از ۷۰۰۰ سال پیش مورد استفاده بشر می‌باشد. در کتاب خروج (بخشی از انجیل) به این عنصر اشاره شده‌است. کیمیاگران می‌پنداشتند سرب قدیمی‌ترین فلز بوده و به سیاره زحل مربوط می‌شود. لوله‌های سربی که نشانه‌های امپراتوری روم را حمل می‌کردند هنوز هم بکار می‌روند.

در اواسط دهه ۸۰ تغییر مهمی در الگوهای پایان استفاده از سرب به وجود آمده بود. بیشتر این تغییر ناشی از پیروی مصرف کنندگان سرب آمریکا از قوانین زیست‌محیطی بود که به طرز قابل ملاحظه‌ای استفاده از سرب را در محصولات بجز باتری از جمله بنزین، رنگ، اتصالات و سیستم‌های آبی کاهش داده یا حتی حذف کرد.

جداسازی

سرب محلی در طبیعت یافت می‌شود اما کمیاب است. امروزه معمولاً سرب در کانیهایی همراه با روی، نقره و (بیشتر) مس یافت می‌شود و به همراه این مواد جدا می‌گردد. ماده معدنی اصلی سرب گالن(PbS) است که حاوی ۶/۸۶٪ سرب می‌باشد. سایر کانی‌های مختلف و معمول آن سروسیت (PbCO3) و انگلسیت (PbSO4) می‌باشند. اما بیش از نیمی از سربی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد بازیافتی می‌باشد. سنگ معدن به‌وسیله مته یا انفجار جداشده سپس آن را خرد کرده و روی زمین قرار می‌دهند. بعد از آن سنگ معدن تحت تأثیر فرایندی قرار می‌گیرد که در قرن نوزدهم در Broken Hill استرالیا به وجود آمد. یک فرایند شناورسازی، سرب و دیگر مواد معدنی را از پس مانده‌های سنگ جدا می‌کند تا با عبور سنگ معدن، آب و مواد شیمیایی خاص از تعدادی مخزن که درون آن‌ها دوغاب همیشه مخلوط می‌شود، عصاره‌ای به وجود آید. درون این مخزن‌ها هوا جریان یافته و سولفید سرب به حباب‌ها می‌چسبد و به صورت کف بالا آمده که می‌توان آن را جدا نمود. این کف (که تقریباً دارای ۵۰٪ سرب است) خشک شده سپس قبل از پالایش به منظور تولید سرب ۹۷٪ سینتر می‌شوند. بعد ازآن سرب را طی مراحل مختلف سرد کرده تا ناخالصیهای(ریم) سبک تر بالا آمده و آن‌ها را جدا می‌کنند. سرب مذاب با گداختن بیشتر به‌وسیله عبور هوا از روی آن و تشکیل لایه‌ای از تفاله فلز که حاوی تمامی ناخالصی‌های باقی‌مانده می‌باشد تصفیه شده و سرب خالص ۹/۹۹٪ بدست می‌آید.

ایزوتوپها

سرب به‌طور طبیعی دارای چهار ایزوتوپ پایدار است: Pb-۲۰۴(۱٫۴٪)-Pb-۲۰۶(۲۴٫۱٪)-Pb-۲۰۷(۲۲٫۱٪)-Pb-۲۰۸(۵۲٫۴٪). سرب ۲۰۶-۲۰۷ و۲۰۸ همگی پرتوزا بوده و محصولات پایانی زنجیره فروپاشی پیچیده‌ای هستند که به ترتیب درU-۲۳۸،U-۲۳۵ وTh-۲۳۲ رخ می‌دهند. نیمه عمرهای مساوی این آرایش‌های فرسایشی بسیار متغیر است به ترتیب: ۹ ۱۰،۰۴/۷ X ۸ ۱۰X ۴۷/۴ و۴/۱ X ۱۰ ۱۰سال. هر کدام از آن‌ها به نسبت Pb-۲۰۴ تنها ایزوتوپ پایدار غیر پرتوزا گزارش می‌شود. ترتیب نسبت‌های ایزوتوپی برای بیشتر مواد معدنی طبیعی ۰/۳۰ –۰۰/۱۴ برای Pb-۲۰۶/Pb-۲۰۴، ۱۵-۱۷ برای Pb-۲۰۷/Pb-۲۰۴ و ۵۰-۳۵ برای Pb-۲۰۸/Pb-۲۰۴ می‌باشد اگرچه نمونه‌های بسیار زیادی خارج از این حوزه در نوشته‌ها به چشم می‌خورد.

هشدارها

سرب فلز سمی است که به پیوندهای عصبی آسیب رسانده (بخصوص در بچه‌ها) و موجب بیماری‌های خونی و مغزی می‌شود. تماس طولانی با این فلز یا نمکهای آن (مخصوصاً نمک‌های محلول یا اکسید غلیظ آن PbO2) می‌تواند باعث بیماری‌های کلیه و دردهای شکمی شود.

سرب

سرب فلز سمی است که به پیوندهای عصبی آسیب رسانده (بخصوص در بچه‌ها) و موجب بیماری‌های خونی و مغزی می‌شود.

میزان حداقل ۵ میکرو گرم سرب در هر دسی لیتر خون کودکان سبب اثرات سوء بر بهره هوشی خواهد شد و این اثرات با افزایش تماس با سرب و افزایش غلظت خونی سرب، افزایش خواهد یافت. تماس با سرب در کودکان می‌تواند منجر به اختلال تمرکز و پرخاشگری شود.

علائم مسمومیت با سرب

دل درد و قولنج شدید شکمی، یبوست، درد مفاصل زانوها، مچ و آرنج، کمر، شانه، سردرد، خستگی، بی قراری و بی اشتهایی

مسمومیت حاد: بی اشتهایی، تحریک پذیری، استفراغ، انسفالوپاتی حاد و آتاکسی، استفراغ مقاوم، لتارژی، تشنج و اغما

مسمومیت مزمن: تورم لثه با خطوط آبی روی لثه‌ها، احساس طعم فلزی در دهان، ترومبوز عروق مغزی و انسفالوپاتی ناشی از آن، کاهش قدرت یادگیری و حافظه، هوش پایین، اختلالات رفتاری، لرزش، قولنج روده‌ای، درد عضلانی، افزایش فشار خون، کم خونی، کاهش تعداد اسپرم و ناباروری.

هر سال تماس با سرب در کودکان منجر به افزایش تقریبی ۶۰۰۰۰۰ مورد ناتوانی مغزی جدید در جهان می‌گردد. در منازل قدیمی که چهل سال یا بیشتر از ساخت آن می‌گذرد، رنگ‌های استفاده شده و پوسته شده در دیوارها و چارچوب‌ها و لوله‌های آب، اصلی‌ترین منبع مسمومیت با سرب می‌باشد. کودکان زیر ۵ سال و زنان باردار دو گروه اصلی در معرض خطر در اثر تماس با سرب هستند. از سوختن هر لیتر بنزین سرب دار ۰٫۳۲ گرم سرب وارد هوا می‌شود، که ۱۰٪ آن روی سطح خیابان‌ها ریخته می‌شود و به‌طور متوسط یک اتومبیل در حدود ۱ کیلوگرم در سال از خود سرب خارج می‌کند. غلظت سرب در خون ساکنین شهرها بیشتر از حاشیه شهرها و بیشتر از روستاها است. کودکان نسبت به صدمات ناشی از سمیت عصبی مسمومیت با سرب بسیار حساس هستند و گاهی اوقات صدمات عصبی ناشی از سرب در کودکان برگشت‌ناپذیر است. به منظور سنجش سرب در خون افراد شاغل در صنعت که با سرب تماس دارند، آزمایش خون باید به‌طور مرتب انجام شود. تماس با سرب تقریباً عامل ۰٫۶٪ از بیماری‌هایی است که در کل جهان و خصوصاً در کشورهای در حال توسعه گزارش می‌شود. در سال‌های اخیر موارد متعددی از مرگ معتادانی که از تریاک تقلیب شده با سرب استفاده نموده‌اند به دلیل مسمومیت با سرب مشاهده شده‌است. تماس با مقادیر بالای سرب در زنان باردار می‌تواند منجر به سقط جنین، مرده زایی، زایمان زودرس و تولد نوزاد کم وزن و حتی ناقص شود.

موارد مهم استفاده از سرب کجاست؟

ساخت لوله و مخازن آب، تهیه پوشش سقف‌ها، حلبی، مفتول، روکش کابل برق رسانی، مهمات و اسلحه سازی، شیشه سازی، پلاستیک سازی، باتری سازی، لاستیک سازی، آلیاژهای فلزی، رنگ سازی، کبریت سازی، صنایع شیمیایی، اتاقک سربی، منابع تبخیر، آفت کش‌ها، سوخت اتومبیل و حروف چاپ، اتصالات و مواد پرکننده دندان..

منابع سرب

منابع طبیعی: سنگها، خاک، آب، هوا و گیاهان

منابع غیرطبیعی: دودکش‌ها، فاضلاب کارخانجات صنعتی، اگزوز اتومبیل، بنزین سرب دار

منابع شغلی: کار در باتری‌سازی، جوشکاری، لحیم کاری، تراشکاری، لوله بری، ریخته گری، کوزه‌گری، رنگ سازی، نقاشی، جواهر سازی، صنایع نظامی، چاپخانه، پمپ بنزین

منابع غیر شغلی: استفاده از ظروف سربی، شراب خانگی، داروهای گیاهی حاوی سرب، مواد آرایشی حاوی سرب، استفاده از ظروف شیشه‌ای کریستال حاوی سرب در مصارف روزمره خانگی، ظروف سرامیک با لعاب سربی (لعاب آبی رنگ)، استعمال سیگار

غذای آماده داخل قوطی، نوشیدنی سرد در بطری شیشه‌ای، انتقال سرب از طریق شیر مادر، آب و هوا و خاک آلوده به سرب، به دهان بردن رشته‌های پلاستیکی، دست و اجسام مختلف

کودکان ۴ تا ۵ برابر بیشتر از بزرگسالان، سرب محیط را جذب می‌کنند. به پنج دلیل عوارض تماس با سرب در کودکان بیش از بزرگسالان است:

۱- میزان دریافت سرب بر حسب واحد وزن بدن در کودکان بیشتر است.

۲- گرد و غبار بیشتری توسط کودکان بلعیده می‌شود

۳- میزان جذب سرب از دستگاه گوارش کودکان بیشتر است.

۴- سد خونی– مغزی کودکان هنوز تکامل پیدا نکرده‌است.

۵-اثرات سیستم عصبی در کودکان با مقادیر کمتری نسبت به بزرگسالان بروز می‌نماید

اصلی‌ترین عوارض سوء سرب در تکامل سیستم عصبی کودکان و بهره هوشی کودک بروز می‌نماید

عدد رینولدز

ارتباط با صنعت پردیس فناوری کیش

عدد رينولدز بحرانی

يکی از کاربردهای مهم عدد رينولدز، تعيين آرام يا آشفته بودن جريان است. اگر عدد رينولدز از مقدار خاصی کم‌تر باشد جريان آرام و اگر بيش‌تر باشد آشفته است. اين مقدار خاص، عدد رينولدز بحرانی نام دارد و با Recrit نشان داده می‌شود.

عدد رينولدز بحرانی برای جريان های مختلف به صورت تجربی اندازه‌گيری می‌شود. برای مثال، عدد رينولدز بحرانی برای جريان داخل يک لوله ۲۳۰۰ است. در اين حالت، طول مشخصهٔ d قطر لوله است.

طول مشخصهٔ آشفتگی

يکی ديگر از کاربردهای عدد رينولدز، تعيين کوچک‌ترين طول مشخصه در يک جريان آشفته است. در جريان آشفته، طول مشخصه به معنی فاصله‌ای است که بين متغيرهای جريان مثل سرعت يا فشار همبستگی وجود دارد. اما چون اين همبستگی‌ها هم‌بسامد نيستند، يک جريان آشفته طول‌های مشخصه‌ی متفاوتی خواهد داشت. طول‌های مشخصه‌ی بزرگ متناظر با بسامدهای پايين و طول‌های مشخصه‌ی کوچک متناظر با بسامدهای بالا هستند.

عدد رينولدز به عنوان پارامتر تشابهی

در کاربردهای مهندسی از عدد رينولدز به عنوان يک پارامتر تشابهی هم استفاده می‌شود. برای مثال، وقتی يک مدل کوچک از يک هواپيما در تونل باد مورد آزمايش قرار می‌گيرد، برای اين که نتايج تونل باد قابل تعميم به شرايط واقعی باشد، عدد رينولدز مدل و هواپيمای واقعی بايد برابر باشد.

آزمايش رينولدز

 بطور كلي دو نوع جريان لزج مجزا از يكديگر و بعنوان پديده طبيعي مورد قبول است . ملاحظه مي‌شود دودي كه از يك سيگار روشن بلند مي‌گردد بطور يكنواخت و آرام در مسافت كوتاهي از سيگار جريان مي‌يابد و ناگهان به لايه‌هاي غير منظم و غير پايدار تبديل مي‌شود. همين رفتار را مي‌توان در جريان آب كه به آهستگي از شيري عبور مي‌كند مشاهده كرد. نوع منظم جريان زماني رخ مي‌دهد كه لايه‌هاي سيال مجاور بطور آرام بر روي يكديگرمي‌لغزند و مخلوط شدن لايه‌هاي سيال فقط در يك مقياس ملكولي اتفاق مي‌افتد. براي اين چنين جرياني بود كه رابطه لزجت نيوتني بدست آمد و لذا براي اينكه لزجت را اندازه گيري نمائيم مي‌بايست جريان آرام باشد. دومين نوع جريان كه در آن ذرات سيال بين لايه‌ها انتقال يافته و يك طبيعت متغيير به سيال مي‌دهند جريان مغشوش ناميده می شود.

اگر چه وجود جريان آرام و مغشوش خيلي زود تشخيص داده شد اما اولين بار توسط رينولدز در 1883 از نظر كيفي توصيف گرديد. آب مي‌تواند از درون لوله‌اي عبور كند. دبي آب توسط يك شير كنترل مي‌شود. يك ماده رنگي كه داراي جرم مخصوص يكسان با اب است به داخل لوله بطور تصاعدي جريان مي‌يابد. هنگاميكه دبي كم است لايه‌هاي رنگ بطور منظم و در يك خط مطابق شكل  جريان دارند. در دبي‌هاي زياد به علت حركت غير منظم سيال، رنگها در تمام سطح مقطع لوله پراكنده مي‌گردند. اختلافي كه در خطوط رنگ ايندو جريان ديده مي‌شود در حالت اول مربوط به طبيعت منظم جريان ارام و در خالت دوم مربوط به خصوصيت متغيير جريان مغشوش است. تبديل جريان آرام به مغشوش در لوله‌ها تابعي از سرعت سيال مي‌باشند. عملاً رينولدز دريافت كه سرعت سيال تنها يكي از متغييرهاي مشخص كننده طبيعت جريان در لوله است و ديگر عوامل عبارتند از: قطر لوله، جرم مخوص و لزجت سيال. چهار متغيير فوق تركيب شده و پارامتر بدون بعد رينولدز را بوجود مي‌اورند.كه به افتخار و به پاس خدماتي كه رينولدز (Osborne Reynolds). به مكانيك سيالات نموده است به اسم او نام گذاري شده و به Re نمايش داده مي‌شود. زمايش نشان داده است كه براي جريان در لوله‌هاي با سطح مقطع دايره اي هنگاميكه عدد رينولدز از 2300 كوچكتر است جريان ارام مي‌باشد. و در رينولدز بالاتر از اين مقدار هم جريان ممكن است آرام باشد آ. در حقيقت جريان آرام تا رينولدز 40000 نيز در بعضي آزمايشات كه اغتشاشات كوچك، سبب انتقال بطرف جريان مغشوش خواهد شد، در حاليكه در كمتر از اين مقدار اغتشاشات از بين مي‌روند و جريان آرام حاكم بر جريان خواهد بود. بدين ترتيب عدد بحراني رينولدز براي جريان در لوله‌ها 2300 مي باشد.

 نيروي درگ Drag

آزمايش رينولدز بطور وضوح دو نوع جريان مختلف ارام و مغشوش را نشان مي‌دهد. بررسي نيروي درگ روش ديگري براي نمايش اين نوع جريان و بستگي آن به عدد رينولدز است

 يك مثال خاص آن نمايش جريان خارجي (جريان اطراف يك جسم بطوريكه مخالف جريان بداخل يك مجرا است) مي‌باشد

نيروي درگ اصطكاكي به واسطه تنتن برشي در سطح جسمي كه درون سيال لزجي حركت مي‌كند بوجود مي آيد

 درگ فشاري (pressure drag) از دو منبع درگ القايي (Induced drag) يا درگ بالا بر (Lift drag) و ديگري (Woke drag) مي‌باشد كه دومي از اين موضوع ناشي مي‌شود كه تنش برشي موجب منحرف شدن خطوط جريان از مسيرهاي جريان غير لزج شده و در بعضي حالات بكلي از جسم جدا مي‌شوند. اين انحراف در لايه‌هاي خطوط جريان از فشاري كه مي‌توانست بر مابفي جسم اعمال شود جلوگيري مي‌كند.. چون فشار در جلوي جسم بزرگتر از پشت است يك نيروي خالص بطرف عقب بوجود مي‌آيد.

در جريان غير قابل تراكم ضريب درگ بستگي بعد رينولدز و هندسه جسم دارد. يك شكل ساده هندسي كه بستگي نيروي درگ را به عدد رينولدز نشان مي‌دهد استوانه مدور است. البته جريان غير لزج در اطراف يك سيلندر هيچگونه نيروي درگ توليد نمي‌كند زيرا نه اصطكاك وجود دارد و نه درگ فشاري. تغييرات در ضريب درگ نسبت به عدد رينولدز براي يك سيلندر صاف است.

مسيرهاي جريان سيال براي چند عدد رينولدز مختلف در شكل ديده مي‌شود. خطوط جريان و شكل كلي منحني اين نتيجه را مي‌دهند كه تغييرات درگ و در نتيجه اثرات تنش برشي روي سيال مي‌تواند به چهار نوع تقسيم شود. خصوصيات هر يك از اين جريانها در زير بررسي مي‌گردد.

تغييرات ضريب درگ برحسب عدد رينولدز براي يك سيلندر مدور نواحي هاشور زده شده دلالت بر مساحتهايي دارند كه تحت تاثير تنش برشي مي‌باشند.

نوع اول

در اين نوع تمام جريان آرام و عدد رينولدز كوچكتر از يك است. با در نظر گرفتن اهميت فيزيكي عدد رينولدز بصورت نسبت نيروهاي اينرسي به نيروهاي لزجت مي‌توان گفت كه در نوع اول نيروهاي لزجت بر اينرسي غلبه دارند. شكل جريان در اينجالت تقريباً متقارن و جريان بجسم مي‌چسبد و (Wake) از نوسانات آزاد است. در اين رژيم كه جريان با خزش (Creeping flow) ناميده مي‌شود اثرات لزجت نافذ بوده و در تمام ميدان جريان امتداد مي‌يابند.

نوع دوم

همچنانكه عدد رينولدز افزايش مي‌يابد گرده‌هاي كوچكي در نقطه سكون استوانه ايجاد مي‌شود. در مقادير رينولدز بالاتر اين گرده‌ها به سمت نقطه‌اي مي‌روند كه از جسم جدا مي‌شوند و بطرف پايين دست جريان به داخل يك wake منحرف مي‌گردند. نمونه گرده‌ها در نوع دوم مسير گرداب فون كارمن (Von karmon Vortex Trial) ناميده مي‌شود. اين تغيير در خصوصيت (wake) از حالت پايدار به ناپايدار همراه با تغييري در شيب منحني درگ مي‌باشد.

كيفيت‌هاي برتر اين نوع جريان عبارتند از:

الف) طبيعت ناپايدار بودن wake

ب) جدايي جريان از جسم

نوع سوم

 در جريان نوع سوم نقطه جدايي جريان در يك نقطه در حدود 80 دور از نقطه سكون جلو ثابت مي‌ماند. ديگر (wake) بوسيله گرده‌هاي بزرگ مشخص نمي‌شوداگر چه باز هم ناپايدار باقي مي‌ماند. جريان در روي سطح جسم از نقطه سكون تا نقطه جدايي بصورت آرام است و تنش برشي در اين فاصله فقط در لايه نازك نزديك جسم محسوس مي‌باشد. ضريب درگ در حدود عددي نزديك به 1 ثابت مي‌ماند.

نوع چهارم

در عدد رينولدزي نزديك 105×5 ضريب درگ ناگهان تا مقدار 3/0 كاهش مي‌يابد. وقتي جريان در اطراف جسم مورد بررسي قرار مي‌گيرد نقطه جدايي از 90 گذشته است. بعلاوه توزيع فشار در اطراف استوانه تا نقطه جدايي نسبتاً نزديك به توزيع فشاري است كه براي جريان غير لزج شد اين نكته مورد توجه قرار مي‌گيرد كه تغييرات فشار در روي سطح جسم تابع متغييري از عدد رينولدز مي‌باشد.

پائين‌ترين نقطه روي منحني‌ها براي اعداد رينولدز 105 و 105×6 كه هر دو در نقطه جدايي جريان هستند. جدايي براي 106×6= Re در زاويه بزرگتري از 105= Re اتفاق مي‌افتد.

در اين نوع لايه‌هاي جريان نزديك سطح استوانه هنگاميكه جريان در نزديك يك نقطه سكون جلو از حالت آرام به حالت ترانزيشن تبديل مي‌شود، مغشوش مي‌باشند. تغيير نقطه جدايي نشان دهنده افت درگ است. بطور كلي يك جريان مغشوش بهتر از يك جريان آرام در مقابل جريان جدايي مقاومت مي‌كند. مي‌توان گفت كه در جريان نوع چهارم بعلت بزرگ بودن عدد رينولدز نيروهاي اينرسي بر نيروهاي لزجت غلبه دارند. چهار نوع جريان در اطراف يك دايره كه ذكر شد نشان مي‌دهد كه ناحيه تأثير نيروهاي لزجت با افزايش عدد رينولدز كاهش مي‌يابد. در جريان نوع سوم و چهارم شكل جريان در روي قسمت جلوي استونه با فرضيه جريان غير لزج تطبيق مي‌كند. براي اشكال هندسي ديگر تغييرات مشابهي در حوزه تاثير نيروهاي لزجت ديده مي‌شود و همانطور كه انتظار مي‌رود وفق دادن به حدسيات جريان غير لزج در يك عدد رينولدز داده شده با افزايش باريكي جسم افزايش مي‌يابد. از نظر مهندسي مهمترين حالت عبارت از جريانهاي خارجي مشابه نواحي جريان نوع سوم و چهارم مي‌باشد. مخصوصاً مي‌توان همين كاهش سريع CD را تا كمترين مقدار عدد رينولدز 105×5 مشاهده كرد. اين موضوع بخاطر تغيير جريان از حالت آرا به مغشوش در لايه مرزي مي‌باشد.

شرح دستگاه:

ابتدا بوسيله پمپی آب را داخل محفظه کرده با دبی های مشخص سپس مايع پرمنگنات را که رنگی است داخل آن وارد کرده که در دبی کمتر مايع حالت صاف دارد و مغشوش نسيت که در اين حالت جريان آرام است و در حالتی که دبی افزايش پيدا کند خط جريان حالت متلاطم دارد که جريان نيز متلاطم و مشوش می باشد.در اين آزمايش دما 20 درجه می باشد.

حدود رينولدز

Re<500__________________laminar

500e<2000________________________transiate

Re>2000_____________________turbulant

عدد رینولدز کمیت بدون یکای مهمی است که در مکانیک سیالات برای پیش‌بینی الگوی جریان از آن استفاده می‌شود. این عدد نسبت نیروی لختی به نیروی گرانوی می‌باشد. در اعداد رینولدز پایین تمایل جریان به داشتن الگویی آرام و لایه ای می باشد، در حالیکه در اعداد رینولدز بالا جریان به حالت آشفته در می‌آید. عدد رینولدز کاربردهای فراوانی از قبیل جریان مایع داخل لوله تا جریان هوا روی بال هواپیما دارد. از عدد رینولدز برای پیش‌بینی گذر جریان از آرام به آشفته استفاده می‌شود و هم‌چنین در پیش‌بینی و تعیین جریان در اطراف یک مدل ماکت و کوچک با مدل اندازه اصلی و بزرگ کاربرد دارد.

این تصویر، آشفتگی جریان سیال را در اطراف یک سیلندر نشان می‌دهد. این پدیده در همه اجسام به شکل سیلندر و با هر نوع سیالی رخ می‌دهد. در این شرایط عدد رینولدز بین ۴۹ تا ۱۰۰۰ است

تعریف ریاضی عدد رینولدز، ، به صورت زیر است:

که در این عبارت:

 چگالی شاره،
 سرعت متوسط جریان شاره،
 یک طول مشخصه در مسئله؛ و
 ضریب گرانوی شاره‌است.

عدد رینولدز بحرانی

یکی از کاربردهای مهم عدد رینولدز، تعیین آرام یا آشفته بودن جریان است. اگر عدد رینولدز از مقدار خاصی کم‌تر باشد جریان آرام و اگر بیش‌تر باشد آشفته‌است. این مقدار خاص، عدد رینولدز بحرانی نام دارد و با نشان داده می‌شود.

عدد رینولدز بحرانی برای جریان‌های مختلف به صورت تجربی اندازه‌گیری می‌شود. برای مثال، عدد رینولدز بحرانی برای جریان داخل یک لوله ۲۲۰۰ است. در این حالت، طول مشخصهٔ  قطر لوله‌است.

طول مشخصهٔ آشفتگی

یکی دیگر از کاربردهای عدد رینولدز، تعیین کوچک‌ترین طول مشخصه در یک جریان آشفته‌است. در جریان آشفته، طول مشخصه به معنی فاصله‌ای است که بین متغیرهای جریان مثل سرعت یا فشار همبستگی وجود دارد. اما چون این همبستگی‌ها هم‌بسامد نیستند، یک جریان آشفته طول‌های مشخصهٔ متفاوتی خواهد داشت. طول‌های مشخصهٔ بزرگ متناظر با بسامدهای پایین و طول‌های مشخصهٔ کوچک متناظر با بسامدهای بالا هستند.
با استفاده از این رابطه می‌توان کوچک‌ترین طول مشخصهٔ جریان آشفته را به دست آورد.

عدد رینولدز به عنوان پارامتر تشابهی

در کاربردهای مهندسی از عدد رینولدز به عنوان یک پارامتر تشابهی هم استفاده می‌شود. برای مثال، وقتی یک مدل کوچک از یک هواپیما در تونل باد مورد آزمایش قرار می‌گیرد، برای این که نتایج تونل باد قابل تعمیم به شرایط واقعی باشد، عدد رینولدز مدل و هواپیمای واقعی باید برابر باشد.

جریان توربولانس

پردیس فناوری کیش ارتباط با صنعت

در مکانیک سیالات عمدتا به بررسی جریان‌ سیال در حالت‌های مختلف پرداخته می‌شود. در حالت کلی این جریان‌ها به دو دسته‌ی جریان لایه‌ای (Laminar flow) و جریان توربولانس (Turbulent Flow) یا متلاطم تقسیم‌بندی می‌شوند.

بررسی جریان‌های لایه‌ای از نظر تئوری آسان‌تر و به زمان کم‌تری نیاز دارد.
واقعیت این است که بیش از ۹۰ درصد از جریان‌هایی که در روزمره با آن‌ها مواجه هستیم، جزء جریان‌های توربولانس محسوب می‌شوند.

جریان توربولانس چیست؟

جریان توربولانس در مکانیک به حرکت سیال در حالتی اطلاق می‌شود که درآن حرکت ذرات به‌صورت تصادفی است.

بر خلاف جریان لایه‌ای که در آن حرکت ذرات سیال به‌شکل لایه‌هایی است که روی هم حرکت می‌کنند، ذرات سیال در راستای عمود بر مسیر حرکت نیز با هم مخلوط شده و حرکتی تصادفی را ایجاد می‌کنند.

در آزمایشی که انجام شده، در ابتدا رنگی در سیال تزریق و مسیر حرکت آن در حالت‌های مختلف دنبال شده است. این آزمایش برای اولین بار توسط ازبورن رینولدز انجام شد.

او نشان دادن که با تغییر دادن سرعت ورودی سیال، چگالی و چند پارامتر دیگر، رژیم جریان نیز تغییر می‌کند.
در شکل b سرعت جریان ورودی افزایش یافته و در نتیجه آن، رژیم جریان به‌صورت توربولانس در آمده است.

معمولا جهت تشخیص جریان توربولانس از دو مشخصه‌ی جریان چرخشی و تلاطم استفاده می‌کنند.

با توجه به این دو کمیت، در جریان توربولانس هم جهت و هم اندازه جریان به‌طور تصادفی تغییر می‌کنند.

جزئیات دقیق رفتار توربولانسی یک جریان به‌طور دقیق معلوم نیست. با این حال قریب به اتفاق جریان‌هایی که در صنعت و در زندگی روزمره با آن مواجه‌ هستیم، از نوع توربولانسی هستند. متاسفانه به دلیل این که رفتار توربولانسی شدیدا تصادفی بوده، این عامل تحلیل آن را بسیار مشکل می‌کند.

جالب است بدانید که به زعم بسیاری از افراد صاحب نظر در زمینه علوم تجربی،  آخرین مسئله حل نشده در فیزیک کلاسیک، پدیده توربولانسی است.

مهم‌ترین ابزار موجود تاکنون در مورد بررسی رفتار توربولانسی، دینامیک سیالات محاسباتی یا همان CFD است.

در حقیقت CFD شاخه‌ای از مکانیک سیالات است که در آن با استفاده از آنالیز عددی، جریان‌های توربولانس حل شده و توصیف می‌شوند.

مشخصه‌های اصلی جریان توربولانس

جریان توربولانس در سرعت‌های بیشتر،ویسکوزیته های کمتر  و در طول‌های مشخصه  بزرگ‌تر رخ می‌دهند.

توجه داشته باشید که طول مشخصه به کمیتی از جنس طول اشاره دارد که اندازه آن اگر از مقدار مشخصی بیشتر باشد، حالت جریان از لایه‌ای به توربولانس تغییر خواهد کرد.

نتایج تجربی نشان می‌دهند در صورتی که رینولدز یک جریان -داخلی- بیشتر از ۲۳۰۰ باشد (Re>2300)، جریان مورد نظر به‌صورت توربولانس خواهد بود.

در جریان توربولانس، در لوله، توزیع سرعت به‌صورت تخت بوده اما ناگهان اندازه سرعت در نزدیکی دیواره به صفر می‌رسد.

به مشخصه‌ای که منجر به افزایش شدت اختلاط در در جریان توربولانس می‌شود، «نفوذپذیری» گفته می‌شود.

اتلاف، فرآیندی است که در آن انرژی جریان توربولانس، به دلیل وجود نیرو‌های اصطکاکی، به انرژی درونی سیال تبدیل می‌شود. دلیل وجود داشتن نیرو‌های اصطکاکی، تنش‌های ویسکوز هستند.

عدد رینولدز

عدد رینولدز، نسبت نیرو‌های اینرسی به نیرو‌های ویسکوز را نشان می‌دهد. این عدد معیاری مناسب جهت میزان توربولانس بودن جریان است.

در حقیقت زمانیکه نیرو‌های اصطکاکی یا همان نیرو‌های ویسکوز غالب باشند، ذرات سیال به شکل لایه‌‌ای به حرکت خود ادامه داده و جریان به‌صورت لایه‌ای باقی می‌ماند.

در حالتی که نیرو‌های اینرسی (یا به عبارتی مومنتوم سیال) زیاد باشند، جریان توربولاس خواهد شد.

دلیل استفاده از فعل شد در جمله‌ی قبل این است که معمولا در هنگام عبور جریان روی سطح یا درون لوله، در ابتدای حرکت، جریان مذکور به‌صورت لایه‌ای است و پس از طی مسیری و تحت فرآیندی به توربولانس تبدیل می‌شود.

در شکل زیر وضعیت جریان در دو حالت لایه‌ای و توربولانس نشان داده شده است.

در تحلیل جریان‌های مختلف عدد رینولدز، به شکل زیر تعریف می‌شود.

اجزای رابطه فوق، برابر با موارد زیر هستند.

V: سرعت سیال

D: طول مشخصه‌ی مسیر جریان

ρ: چگالی سیال

μ: ویسکوزیته‌ی دینامیکی

ν: ویسکوزیته سینماتیکی

مشخصا در لوله D،‌ نشان دهنده قطر هیدرولیکی است.

در حقیقت در حالت دایر‌ه‌ای قطر لوله برابر با D و در حالتی که مقطعِ لوله، غیر دایره‌ای باشد، از رابطه زیر جهت محاسبه قطر هیدرولیکی استفاده می‌شود.

در رابطه فوق DH نشان دهنده قطر هیدرولیکی است که برابر با D در نظر گرفته می‌شود. از طرفی A و P نیز به‌ترتیب برابر با مساحت مقطع لوله و محیط تر شده هستند.

قطر هیدرولیکی برای کانال فوق برابر است با:

پروفیل (شکل) جریان

به نحوه تغییرات اندازه‌ی یک کمیت، پروفیل آن کمیت گفته می‌شود. برای نمونه پروفیل سرعت، نشان دهنده شکل تغییرات سرعت است. برای جریان توربولانس، تغییرات مذکور وابسته به شرایط و محیطی است که سیال در آن جریان دارد. البته مدل‌های -ریاضیاتی- مختلفی جهت توصیف این تغییرات ذکر شده که در ادامه برای نمونه به قانون توان برای حالت جریان داخلی اشاره می‌کنیم.

قانون توان

در مواردی که هدف ما بررسی جریان توربولانس در داخل لوله باشد، روابط تجربی بسیاری جهت استفاده وجود دارند. ساده‌ترین و شناخته‌ شده‌ترین آن‌ها قانون توانی است که در زیر ارائه شده:

در رابطه فوق، n عددی ثابت بوده که مقدار آن وابسته به عدد رینولدز است. از طرفی کمیت‌های Umax وu به‌ترتیب نشان دهنده بیشترین سرعت سیال و سرعت متوسط آن هستند. هم‌چنین R شعاع لوله و r نشان دهنده فاصله از مرکز لوله است. با این فرضیات، y را می‌توان برابر با y=R-r در نظر گرفت.

در شکل زیر پروفیل سرعت به‌ازای nهای مختلف نشان داده شده است. مطابق با این شکل می‌توان گفت که با افزایش عدد رینولز عدد ثابت n نیز افزایش می‌یابد. گفتنی است که قانون توانی 1/7 در بسیاری از مسائل صنعتی کاربرد دارد.

لایه‌مرزی توربولانس

تیوری لایه مرزی در بسیاری از مسائل از جمله آیرودینامیک و دیگر شاخه‌های مکانیک سیالات از اهمیت بسیاری برخوردار است. در شکل زیر مشخصه‌های پایه‌ای یک جریان از زمانی که به‌صورت لایه‌ای است تا زمانی که به‌طور کامل به توربولانس تبدیل شده‌، نشان داده شده است.

لایه‌مرزی نیز هم‌چون خود جریان می‌تواند توربولانس یا لایه‌ای باشد. در این حالت نیز رژیم جریان وابسته به عدد رینولدزِ محلی است. در حقیقت در رینولدز‌های اندک، لایه‌مرزی به صورت لایه‌ای بوده و با فاصله گرفتن از سطح به‌صورت یکنواخت تغییر می‌کند. سمت چپ شکل بالا این امر را نشان می‌دهد.

با افزایش عدد رینولدز در راستای x، جریان ناپایا شده و به‌صورت توربولانس در خواهد آمد. همان‌طور که در سمت راست شکل بالا نیز مشخص است، جریان در لایه‌مرزی به‌شکل توربولانس در آمده است.

در ناحیه‌‌ی بین جریان کاملا لایه‌ای و جریان کاملا توربولانسی، منطقه‌ای وجود دارد که به آن ناحیه‌ گذار گفته می‌شود. در این ناحیه فرآیند توربولانس شدن جریان شروع می‌شود. ناحیه گذار در رینولدز 500000=Rex شروع می‌شود. ناحیه‌ی گذار می‌تواند زود‌تر رخ دهد، که این امر وابسته به میزان زبری سطح است.

منبع:https://blog.faradars.org/%D8%AC%D8%B1%DB%8C%D8%A7%D9%86-%D8%AA%D9%88%D8%B1%D8%A8%D9%88%D9%84%D8%A7%D9%86%D8%B3/